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Turbinenbohrer zum Abteufen von Bohrlöchern
Die bekannten Konstruktionen der Turbinen- bohrer weisen folgende wesentliche Mängel auf :
1. Auf die Befestigung der Leitschaufelkränze im Gehäuse und der Laufschaufelkränze auf der Welle sind bei den bekannten Turbinen- bohrern erhebliche Axialkräfte wirksam. Zur
Aufnahme dieser Kräfte müssen in dem Ring- kanal zwischen dem Gehäuse und der Welle feste Einsätze verteilt angeordnet werden, die imstande sind, die erwähnten dynamischen Be- lastungen ohne Gefahr einer Stauchung aufzu- nehmen.
Die notwendige Stärke dieser Einsätze nimmt einen bedeutenden Teil des wirksamen Quer- schnittes des erwähnten Ringkanals in Anspruch.
So beträgt bei den bekannten Typen der Tur- binenbohrer mit Axialturbine die Stärke des
Einsatzes bei den Leitschaufelkränzen 5-7, 5 mm und bei den Laufschaufelkränzen 7, 5-10 mm.
2. Die ausserordentlichen dynamischen Belastungen, die beim Bohren in harten Formationen auf den Turbinenbohrer übertragen werden, führen zum Nachlassen der Spannung in den zusammengeschraubten Teilen der Turbine. Die Leit-und Laufschaufelkränze beginnen sich zu verdrehen, so dass die gesamte Turbine ausser Ordnung gerät.
3. Die Notwendigkeit, wesentliche Montagekräfte nach Punkt 1 aufnehmen zu müssen, macht es erforderlich, Leit-und Laufschaufelkränze aus Stahl zu verwenden, was ihren Preis wesentlich erhöht.
4. Für die Befestigung der Leit- und Laufschaufelkränze der Turbine ist Zylindergewinde zu verwenden, welches jedoch für die Aufnahme von dynamischen Belastungen schlecht geeignet ist.
Das Ziel der erfindungsgemässen Vervollkommnung ist es, die aufgezeigten Mängel durch Änderung der Art der Befestigung der Leitschaufelkränze im Gehäuse und der Laufschaufelkränze an der Welle sowie durch den Ersatz des kostspieligen Stahls der Turbinen durch Kunststoffe, Gummi oder andere billige Stoffe zu beheben.
Das wird dadurch erreicht, dass zum Zwecke der Vergrösserung des mittleren Durchmessers des Durchflussteiles der Turbine die Leitschaufel- kränze der Turbine unmittelbar mit deren
Gehäuse und die Laufschaufelkränze unmittelbar mit der Welle unlösbar verbunden sind, z. B. durch Heiss- oder Kaltaufziehen, Verkitten,
Ausnutzen der Korrosion der Metallteile oder der Quellung von Kunststoffen, von Gummi u. dgl.
In den Fig. 1-6 ist der Gegenstand der Er- findung an einem Bohrgestänge schematisch dargestellt, u. zw. rechts der Mittellinie im
Vertikalschnitt, links der Mittellinie in Ansicht.
Die Fig. 1 zeigt den obersten Teil des Ge- stänges, die Fig. 2 schliesst sich an die Fig. 1 unten an und ebenso die Fig. 3 unten an die
Fig. 2. Die Fig. 4-6 zeigen in derselben An- ordnung eine andere Ausführungsart.
In dem Turbinenbohrer gemäss Fig. 1-3 sind die Leitschaufelkränze 2 der Turbine unmittelbar im Gehäuse 3 des Turbinenbohrers befestigt, die Laufschaufelkränze 1 an der Welle 4. Die genannten Befestigungen bzw. die Montage der Turbine, wird auf folgende Weise ausgeführt :
Auf die Welle 4 werden die heissgemachten Laufschaufelkränze 1 der Turbine aufgesetzt. Zwischen diesen werden die Leitschaufelkränze 2 frei drehbar angeordnet. Der Abstand zwischen den Laufschaufelkränzen wird mittels Schablonen eingestellt. Auf die, auf diese Weise auf der Welle 4 zusammengesetzte Turbine wird das heiss gemachte Gehäuserohr 3 aufgezogen. Durch Abkühlen des Gehäuses drücken sich die Leitschaufelkränze in das Gehäuserohr ein.
Der Axialabstand zwischen den Leitund Laufschaufelkränzen wird durch entsprechende Einregulierung des axialen Drucklagers 5 mit den Einstellmutter 6 und 7 eingestellt.
Das beschriebene Schema des Verbindens der Laufschaufelkränze der Turbine mit deren Welle und der Leitschaufelkränze mit dem Gehäuse mittels Heissaufziehens ist nur eine Ausführungsform der verschiedenen Verbindungsmöglichkeiten, die bei der Herstellung der Turbinenbohrer verwendet werden kann. So ist es auch möglich, Kitte, verschiedene Arten von Klebstoffmischungen sowie auch die Korrosion der zu vereinigenden Flächen hier anzuwenden.
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Für die Herstellung von Turbinenbohrern können nicht nur Metall-Turbinenräder, sondern auch solche aus Kunststoffen, Gummi und andern Nichtmetallen verwendet werden. In diesem Falle werden die Turbinenschaufeln mit Aussenund Innenkränzen versehen, u. zw. sowohl die Leit-und Schaufelkränze als auch die Laufschaufelkränze 1, siehe die Fig. 4-6.
Die Turbinenbohrer der beschriebenen Bauweise können sowohl aus einer einzigen Stufe als auch aus mehreren Stufen bestehen. Im zweiten Falle weist der obere Teil der Verbindungswelle einen Konus zur Verbindung mit der nachfolgenden Sektion auf. Das die axialen Belastungen aufnehmende Drucklager 5 als Fixpunkt des Turbinenbohrers liegt im unteren Teil des Bohrgestänges. Alle Verbindungsgewinde zur Befestigung der Teile des Drucklagers sind kegelförmig gestaltet.
Der mittlere Durchmesser der Turbine bei den Ausführungsformen des Turbinenbohrers gemäss der Erfindung wird wesentlich vergrössert, die Herstellungskosten werden verringert. Die Lebensdauer des Turbinenbohrers wird, infolge der Beseitigung der Gefahr einer Lockerung der Befestigung des Systems, vergrössert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Turbinenbohrer zum Abteufen von Bohrlöchern, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Vergrösserung des mittleren berechneten Durchmessers des Durchflussteiles der Turbine die Leitschaufelkränze der Turbine unmittelbar mit deren Gehäuse und die Laufschaufelkränze unmittelbar mit der Welle unlösbar verbunden sind, z. B. durch Heiss- oder Kaltaufziehen, Verkitten, Ausnutzen der Korrosion der Metallteile oder der Quellung von Kunststoffen, von Gummi u. dgl.
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Turbine drill for sinking boreholes
The known constructions of turbine drills have the following essential shortcomings:
1. In the known turbine drills, considerable axial forces act on the fastening of the guide vane rings in the housing and the rotor blade rings on the shaft. To
To absorb these forces, fixed inserts must be distributed in the ring channel between the housing and the shaft, which inserts are capable of absorbing the dynamic loads mentioned without the risk of compression.
The necessary strength of these inserts takes up a significant part of the effective cross-section of the aforementioned annular channel.
In the known types of turbine drills with axial turbines, for example, the strength is
Used for guide vane rings 5-7, 5 mm and for rotor blade rings 7, 5-10 mm.
2. The extraordinary dynamic loads that are transferred to the turbine drill when drilling in hard formations lead to a decrease in the tension in the screwed-together parts of the turbine. The guide and rotor blade rings begin to twist, so that the entire turbine goes out of order.
3. The necessity of having to absorb essential assembly forces according to item 1 makes it necessary to use guide and rotor blade rings made of steel, which increases their price considerably.
4. Cylinder threads are to be used to fasten the guide and rotor blade rings of the turbine, which, however, is poorly suited to absorbing dynamic loads.
The aim of the improvement according to the invention is to remedy the deficiencies indicated by changing the type of fastening of the guide vane rings in the housing and the rotor blade rings on the shaft and by replacing the expensive steel of the turbines with plastics, rubber or other cheap materials.
This is achieved in that, for the purpose of increasing the mean diameter of the flow part of the turbine, the guide vane rings of the turbine are directly connected to them
Housing and the rotor blade rings are permanently connected directly to the shaft, for. B. by hot or cold drawing, cementing,
Exploiting the corrosion of metal parts or the swelling of plastics, rubber and the like. like
In FIGS. 1-6, the subject matter of the invention is shown schematically on a drill pipe, and between right of the center line in
Vertical section, to the left of the center line in view.
FIG. 1 shows the uppermost part of the linkage, FIG. 2 follows on from FIG. 1 at the bottom and likewise FIG. 3 at the bottom
Fig. 2. Figs. 4-6 show another embodiment in the same arrangement.
In the turbine drill according to FIGS. 1-3, the guide vane rings 2 of the turbine are fastened directly in the housing 3 of the turbine drill, the rotor blade rings 1 on the shaft 4. The above-mentioned fastenings or the assembly of the turbine is carried out in the following way:
The heated rotor blade rings 1 of the turbine are placed on the shaft 4. The guide vane rings 2 are arranged freely rotatable between these. The distance between the rotor blade rings is set using templates. The heated housing tube 3 is pulled onto the turbine assembled on the shaft 4 in this way. When the housing cools down, the guide vane rings are pressed into the housing tube.
The axial distance between the guide and rotor blade rings is adjusted by adjusting the axial thrust bearing 5 with the adjusting nut 6 and 7.
The described scheme of connecting the rotor blade rings of the turbine to its shaft and the guide vane rings to the housing by means of hot drawing is only one embodiment of the various connection options that can be used in the manufacture of the turbine drill. So it is also possible to use putty, different types of adhesive mixtures as well as the corrosion of the surfaces to be united here.
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For the production of turbine drills, not only metal turbine wheels, but also those made of plastics, rubber and other non-metals can be used. In this case, the turbine blades are provided with outer and inner rings, u. between both the guide and blade rings and the rotor blade rings 1, see FIGS. 4-6.
The turbine drill of the construction described can consist of a single stage as well as of several stages. In the second case, the upper part of the connecting shaft has a cone for connection to the following section. The thrust bearing 5, which absorbs the axial loads and acts as a fixed point of the turbine drill, is located in the lower part of the drill rod. All connecting threads for fastening the parts of the thrust bearing are conical in shape.
The mean diameter of the turbine in the embodiments of the turbine drill according to the invention is increased significantly, and the manufacturing costs are reduced. The life of the turbine drill is increased due to the elimination of the risk of loosening the fastening of the system.
PATENT CLAIMS:
1. turbine drill for sinking boreholes, characterized in that for the purpose of increasing the mean calculated diameter of the flow part of the turbine, the guide vane rings of the turbine directly with the housing and the rotor blade rings are inextricably connected to the shaft, for. B. by hot or cold drawing, cementing, exploiting the corrosion of metal parts or the swelling of plastics, rubber and. like